諧振轉換器的頻率生成的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于為通過半橋或全橋驅動的諧振轉換器生成頻率的方法，其中，具有控制器的驅控電路激勵振蕩回路，其中，經由頻率實現諧振轉換器的功率調節。
[0002]此外，本發明涉及一種具有控制器的驅控電路，用于激勵通過半橋或全橋驅動的諧振轉換器的振蕩回路。
【背景技術】
[0003]諧振轉換器是一種直流電壓轉換器，其利用振蕩回路工作，并且將直流電壓轉換成單相的或多相的交流電壓。只要實現了在諧振轉換器的輸出端上沒有整流，那么諧振轉換器也被稱為換流器。
[0004]分別利用一對晶體管作為開關元件工作的換流器的幾種簡單構造形式例如從US
2783 384A中已知。
[0005]無線能量傳輸，例如專門以機動車輛電池充電為目的，能夠通過應用專門的變壓器歸納實現，應當在幾何上確定地、理想地布置這些變壓器的初級側和次級側。應當確定地、大部分情況下完全地遮蓋初級側和次級側，從而使散射最小化。
[0006]例如在文件號為12186787.3的尚未公開的德國申請中預先申請了用于利用感應式能量傳輸以機動車電池充電為目的的充電器。
[0007]一種常見的用于生成初級電壓的可行性方案形成了通過這里被稱為H橋的半橋或全橋驅動的諧振轉換器，其中，應用了通過功率電子件激勵的振蕩回路，并且與之平行地從正弦形式的電壓中退耦。晶體管的漏電感和有效電感是振蕩回路的組成部分，在空隙幾何外形發生變化時出現諧振頻率的偏移。諧振頻率也隨著次級負荷、構造元件公差以及隨著溫度及老化略微變化。然而，振蕩回路的性能在次級負荷的情況下劇烈變化，也就是說，具有幾毫歐姆(m Ohm)的動態的內電阻的電池負荷是一個特別的挑戰。
[0008]這里的問題是，在運行期間定位也能夠變化。另一個問題是，能夠將能夠改變傳輸性能的外部材料帶入氣隙。
[0009]在最不利的情況下，從超諧振運行過渡到亞諧振運行，這能夠導致功率半導體損壞。為了排除這種情況，能夠相對較遠地在諧振頻率以上運行，然而這導致功率半導體在其可行性方案以外運行，并且因此效率變差。這在任何情況下都限制了利用相應的監控裝置進行的調節。在圖1中示出了諧振曲線的工作區域和基本特征。因為幾何參數和因此的諧振回路的電感、電容以及阻尼電阻直到上述偏差都基本上是穩定的，所以只能在極限范圍內變化的饋電電壓-中間回路電壓DC-Link (直流鏈路)中，能夠僅通過頻率實現功率調節。因此，所標記的區域表征了利用極限頻率“UMIT”再次限制的工作區域。圖1理想化但是明確地示出，很小的頻率變化已經會導致電流和電壓之間的相位的很大的變化，并且從而導致傳輸功率發生大的變化。因此，為了足夠的調節準確性，必須能夠在準確保持驅控H橋晶體管的死區時間(dead-time)的情況下進行遠低于千分率范圍的相對頻率變化。
[0010]因此，技術上需要解決的問題是要利用H橋(Resonance Converter)的必要的死區時間的產生，生成足夠穩定的、以非常細微的步進進行變化的頻率-相反地，相位監控不是更大的挑戰。此外，所述的死區時間必須能夠取決于工作點地變化，以便確保最佳的效率和少量高次諧波。
[0011]為了弄清楚涉及到哪些頻率范圍所提到的是，H橋頻率通常在10kHz左右的范圍內，控制器的時鐘頻率在10MHz范圍內。因此，排除了為H橋頻率生成而簡單地使用PWM單元的處理器內部的時鐘分頻器，因為能達到的頻率變化步進過于粗糙(在這種情況下是10Hz)。也沒有幫助的是，例如將處理器頻率乘以數值為10的因數-頻率步進寬距在這種情況下還是仍然太粗糙。要求變化可能性小于1Hz，部分要在毫-赫茲-范圍內，也就是在很細微的步進中，以便能夠特別是在具有接近OOhm的動態電荷電阻的次級電池負荷下實現穩定的運行。
【發明內容】
[0012]因此，本發明的目的在于，提出一種用于為上述類型的諧振轉換器生成頻率的方法，該方法能夠以非常精密的步進改變頻率。
[0013]此外，本發明的目的在于，為上述類型的諧振轉換器提出一種驅控電路，這種驅控電路能夠對此利用必要的可變的死區時間的產生來實現頻率的變化。
[0014]該目的通過一種具有根據權利要求1所述的特征的方法實現。該方法包含以下步驟:
[0015]a)經由第一時鐘脈沖發生器供給的控制器經由第一界面控制獨立于第二時鐘脈沖發生器的第一時鐘脈沖發生器的頻率，該第二時鐘脈沖發生器由第一時鐘脈沖發生器獨立地并且異步地運行；
[0016]b)兩個分頻器通過劃分第二時鐘脈沖發生器的頻率從中生成半橋或全橋的工作頻率；
[0017]c)控制器經由第二界面控制這兩個分頻器的脈沖占空因數，利用這兩個分頻器實現死區時間的產生；并且
[0018]d)第二時鐘脈沖發生器的頻率是電橋頻率的多倍。
[0019]驅控電路相關的目的利用以下根據權利要求4所述的特征來實現:
[0020]a)具有第一時鐘脈沖發生器，其用于為控制器供給時鐘；
[0021]b)具有能經由第一界面編程的第二時鐘脈沖發生器，其頻率是電橋頻率的多倍；
[0022]c)具有兩個分頻器，一方面用于通過劃分第二時鐘脈沖發生器的頻率的生成半橋或全橋的工作頻率，并且另一方面生成死區時間；其中
[0023]d)為此應用的分頻比能由控制器經由第二界面來控制。
[0024]第二脈沖生成器的頻率是必要的電橋頻率的多倍，因此能夠從中利用足夠的準確度生成包含必要的死區時間的H橋的驅控脈沖。
【附圖說明】
[0025]下面根據附圖詳細地闡述本發明的一個實施例。在此以粗略的簡化圖部分地示出:
[0026]圖1是諧振轉換器的基本的諧振曲線；
[0027]圖2是用于利用諧振轉換器為電池無線充電的電池充電系統的方框圖；
[0028]圖3是帶有圖示調節回路的根據圖2的電池充電系統的簡化圖；
[0029]圖4是根據圖2的電池充電系統的另一個簡化圖，其中詳細地示出了對于調節回路來說重要的傳感器系統和激勵器系統；
[0030]圖5是根據本發明的具有控制器的驅控電路，用于為了激勵通過半橋或全橋驅動的諧振轉換器的振蕩回路來控制分頻器；
[0031]圖6是具有作為時鐘脈沖發生器的V⑶的根據本發明的驅控電路；
[0032]圖7是根據本發明的驅控電路，具有作為代替實現時鐘脈沖發生器的DDS ;并且
[0033]圖8是具有詳盡地示出單個模塊的電路布置，這些模塊用于運行諧振轉換器、也就是頻率生成器、短路監控單元、諧振故障監控單元、相位分析以及空載識別電路。
[0034]相互對應的部件或參數在所有的附圖中用相同的標號標注。
【具體實施方式】
[0035]總體上用標號I標注的、在圖2中以方框圖的形式示出的電池充電系統由位置固定的初級側2和具有要充電的電池4的未進一步示出的電動車的車載的次級側3共同組成。
[0036]初級側2和次級側3之間的端口由具有初級側的繞組6 (初級線圈)和次級側的繞組7的變壓器5構成。
[0037]電池充電系統I的初級側2還包括整流器8、功率因數校正過濾器9 (PFC = PowerFactor Correct1n，功率因數校正)、中間回路10 (DC-Link)以及放大器11，該放大器向諧振轉換器12輸送電功率，該諧振轉換器利用振蕩回路工作，此外，該振蕩回路的諧振頻率還與晶體管5的初級側的繞組6的電感相關。
[0038]借助于控制器13驅控諧振轉換器12，該控制器同樣位于電池充電系統I的初級側2上。附加地存在初級側的電流傳感器14以及初級側的電壓傳感器15。通信單元16設計用于例如利用上一級的控制器來交換數據。附加的、內部的通信元件17能用于校準、調節和保養的目的。初級側2的其他組件是供電裝置18和通風機控制器19。
[0039]在次級側3上有電容20以及整流器21，在次級側的后方接有次級側的繞組7。類似于初級側2，次級側3也具有控制器22、電流傳感器23以及電壓傳感器24。類似于內部的初級側的通信元件17，在次級側3上特別是用于校準、調節和保養的目的而設置了內部的通信元件25。作為通信單元16的代替，在次級側3上存在有裝入汽車中的汽車通信元件26。作為提供一個或者多個直流電壓的供電裝置18的代替，正如在初級側2上設置的那樣，次級側3僅具有一個輔助供電裝置27。
[0040]在圖3中明示了電池電壓系統I的調節的基本特點，其示出了根據圖2的布置的簡化圖。初級側的功率調節回路LR是明顯的。從次級側3到初級側2的數據反饋DR涉及校準數據，在初級側3上周期性地(完全以變化的時間間隔)獲取這些校準數據，用于校準電池充電系統I的功率。因此，還能夠經由這個端口實現次級側的電流或電壓調節，然而由于數據傳輸行程，其具有明顯更差的性能。
[0041 ] 在圖4中，相比于圖2和圖3，特別是就次級側3而言，進一步簡化地示出了電池充電系統1，其中，電容20